CN110466694B - 可潜式海上储能装置及输电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可潜式海上储能装置及输电方法，所述储能装置包括主船体，内腔中设置有耐压舱和储能舱，耐压舱中部设置有输配电舱、综合环境控制系统舱、压缩空气系统舱和辅助系统舱，耐压舱的外部设置有压载舱，压载舱与压缩空气系统舱通过管路连通，耐压舱中部上方设置有耐压上层建筑，耐压上层建筑内设置有生活区、综合控制室和充电站，储能舱用于存储蓄电池组，蓄电池组通过输配电舱分别与充电站和放电站电连接，充电站海上发电系统电连接，放电站与海上电力用户电连接。本发明可在海上不间断地为岛礁、海上平台为提供电能，且不受恶劣天气的影响，同时为充电船提供辅助靠泊服务，其良好的机动性可以解决移动式用户的能源保障问题。

Description

可潜式海上储能装置及输电方法
技术领域
本发明涉及海上能源存储与海洋工程技术领域，具体地指一种可潜式海上储能装置及输电方法。
背景技术
由于深远海海域和岛礁远离我国大陆本土，且存在自然环境恶劣(高温、高盐、高湿、多台风等)、生态环境脆弱等诸多不利因素，当前利用保障舰船进行燃油输送就地发电的方式存在运输成本高、存储困难、易燃易爆、受自然环境和外部地缘因素影响大等诸多不足，难以满足我国进一步建设和开发深远海进程中的能源需求。因此，在深远海海域各种新型能源包括核能、太阳能、风能、潮汐能等会得到越来越广泛的利用，而这些新型能源的利用，均离不开储能装置。深远海岛礁现有的供能方式为利用柴油发电机组，将热能转化为电能，基本上不存在储能装置。供能方式单一，且各岛礁和项目间不能进行调配。现有的储能装置一般建设在陆地上，会占用岛礁宝贵的土地资源，同时，受岛礁土地资源的限制，常规储存装置的容量较小。所以，开发一种不占用岛礁陆地面积，漂浮于海上的大型储能装置是十分必要的。该发明进一步考虑了深远海恶劣的气候环境的影响，将储能装置设计成可潜式的，在遭遇恶劣的天气时，例如：台风、海啸等，可潜至海平面以下一定的深度，避免恶劣天气对储能装置的功能造成影响。可潜式储能装置相比现有的储能装置，还有一个显著的优势是，它是可移动的，可根据需求和紧急度进行合理的调配，实现多个岛礁和项目之间的能量调度及供应。可潜式储能装置还可固定于一定位置，实现周边岛礁和项目之间的组网，实现削峰填谷，能量合理分配。
可潜式海上储能装置是海洋工程与能源工程在海上应用领域的有机结合，可以根据需要灵活机动地为岛屿、资源开发平台、渔业生产平台提供电能。可潜式海上储能装置具有能源储存量大、机动性好、可潜入水下持续供能、不占用陆地资源等特点，可以有效解决常规储能电站占用岛屿宝贵陆地资源的问题；其可下潜的特点可以提高其对海域热带气旋天气的适应性，使能源供应不受恶劣天气影响；其良好的机动性可以解决移动式用户的能源保障问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足之处，而提出的一种可潜式海上储能装置及输电方法，具有能源储存量大、机动性好、可潜入水下持续供能、不占用陆地资源的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的可潜式海上储能装置，包括主船体，所述主船体的上部设置有主甲板，其特殊之处在于，所述主船体的内腔中设置有耐压舱和储能舱，所述耐压舱中部设置有输配电舱、综合环境控制系统舱、压缩空气系统舱和辅助系统舱，所述耐压舱的外部设置有压载舱，所述压载舱与压缩空气系统舱通过管路连通，所述耐压舱中部上方设置有耐压上层建筑，所述耐压上层建筑内设置有生活区、综合控制室和充电站，所述储能舱用于存储蓄电池组，蓄电池组通过输配电舱分别与充电站和放电站电连接，所述充电站通过电缆与海上发电系统进行连接，所述放电站通过电缆与海上电力用户进行连接。
进一步地，所述主甲板内腔前后两端设置有用于放置锚机的锚机舱，锚机舱由内向外包括耐压区锚机舱和透水区锚机舱，所述耐压区锚机舱下方设置有锚链舱，所述耐压区锚机舱用于放置锚机的驱动单元，所述透水区锚机舱用于放置锚机的链轮、掣链器、锚链管和锚链。
更进一步地，所述主甲板的两端及两舷布置有系泊系统，包括带缆桩、导缆孔、系泊绞车、羊角滚轮，用于海上电力用户的靠泊及储能装置坞修时拖带、系泊时使用。
更进一步地，所述输配电舱内设置有配电板、厂用变压器、蓄电池开关板和UPS。
更进一步地，所述耐压上层建筑上方设置有烟囱，烟囱穿过耐压上层建筑与耐压舱连接，用于耐压舱内的空气交换及废气排放。所述上层建筑通过耐压梯道与耐压舱连通。
更进一步地，所述锚机的驱动单元与链轮分别布置于耐压舱的耐压舱壁两侧，通过传动轴连接，所述传动轴通过密封轴承穿过耐压舱的耐压舱壁，以使锚机的控制操作在耐压舱内完成。
更进一步地，所述耐压舱为横向或垂向布置的若干个舱体。
更进一步地，所述耐压舱的中部前后分别设置储能舱，储能舱的舱室根据具体储能设备的要求进行垂向、横向和/或纵向的分割。
基于上述可潜式海上储能装置，本发明还提出一种输电方法，其特特殊之处在于，所述方法包括以下步骤：
储能装置的下潜：向压载舱中注入压载水使主船体下沉，并缓慢收紧锚链；在储能装置的储备浮力减小到预定值时，停止压载水注入；或者仅采用收紧锚链的方式，使储能装置下潜，直至指定水下位置；
储能装置的上浮：放松锚链并通过压缩空气系统舱中的高压空气系统吹除压载水使得储能装置缓慢上浮，直至储能装置到达水面预定吃水状态；
电能的储存：海上发电系统通过电缆接入耐压上层建筑里的充电站；
电能的输出：储能舱内蓄电池组里的电能通过蓄电池开关板，设置于接入输配电舱中的UPS，通过主甲板上的放电站对外输出电能。
优选地，所述电能的储存步骤中，对于海上发电系统输送的10KV的电能，接入输配电舱中的配电板，通过厂用变压器变压至AC380V，接入UPS，通过蓄电池开关板输送至储能舱里的蓄电池组储存起来；对于海上发电系统输送的380V的电能，则直接接入UPS，再通过蓄电池开关板输送至蓄电池组储存起来。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：
1、本发明可潜式海上储能装置可与移动式充电船(包括移动式海洋核动力平台/船)、太阳能发电系统、潮汐能发电系统、风能发电系统等组成“岛礁智能微电网储能”的新型能源补给模式，该模式可有效破解深远海岛礁能源补给难题。
2、本发明可潜式海上储能装置处于水下状态时，所有与外界连通的排舷管、透气管、进气管、排气管均处于关闭状态，舱室内的大气环境条件由综合环境系统进行保障。
3、本发明可潜式海上储能装置的传动轴通过密封轴承穿过耐压舱的耐压舱壁，锚机的控制操作可以在耐压舱内完成。
4、本发明可在海上不间断地为岛礁、海上平台为提供电能，且不受恶劣天气的影响，同时为充电船提供辅助靠泊服务，其良好的机动性可以解决移动式用户的能源保障问题。
附图说明
图1为本发明一种可潜式海上储能装置的侧剖视示意图。
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1的横剖视示意图；
图4为图1中系泊系统的俯视示意图。
图5为图1中输配电舱的俯视示意图。
图中：1-主船体；2-耐压舱；3-耐压上层建筑；4-耐压梯道；5-输配电舱；6-配电板；7-厂用变压器；8-蓄电池开关板；9-UPS；10-环境控制系统舱；11-压缩空气系统舱；12-辅助系统舱；13-储能舱；14-耐压区锚机舱；15-透水区锚机舱；16-锚链舱；17-锚机；18-链轮；19-驱动单元；20-掣链器；21-锚链管；22-锚链；23-主甲板；24-带缆桩；25-导缆孔；26-系泊绞车；27-羊角滚轮；28-生活区；29-综合控制室；30-充电站；31-烟囱；32-放电站；33-压载舱；34-传动轴；35-密封轴承。
具体实施方式
为了使本发明技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1～图5所示，本发明提出的一种可潜式海上储能装置，包括主船体1，主船体1的上部设置有主甲板23，主船体1的内腔中还设置有耐压舱2和储能舱13。
耐压舱2为横向或垂向布置的单个或多个圆形舱体。耐压舱2中部设置有输配电舱5、综合环境控制系统舱10、压缩空气系统舱11和辅助系统舱12，其前后均为储能舱13，储能舱13的舱室根据具体储能设备的要求进行垂向、横向和/或纵向的分割。如图5所示，输配电舱5内设置有配电板6、厂用变压器7、蓄电池开关板8和UPS 9。配电板6为AC10KV配电板。如图3所示，耐压舱2的外部设置有压载舱33，压载舱33与压缩空气系统舱11通过管路连通，实现储能装置的下潜和上浮功能。耐压舱2中部上方设置有耐压上层建筑3。耐压上层建筑3内设置有生活区28、综合控制室29和充电站30，储能舱13用于存储蓄电池组，蓄电池组通过输配电舱5分别与充电站30和放电站32电连接，充电站30通过电缆与海上发电系统进行连接，放电站32通过电缆与海上电力用户进行连接。
耐压上层建筑3上方设置有烟囱31，烟囱31穿过耐压上层建筑3与耐压舱2连接，用于耐压舱2内的空气交换及废气排放。上层建筑3通过耐压梯道4与耐压舱2连通。储能装置处于水下状态时，所有与外界连通的排舷管、透气管、进气管、排气管均处于关闭状态，舱室内的大气环境条件由综合环境控制系统舱10中的综合环境控制系统进行保障。
输配电舱5、环境控制系统舱10、压缩空气系统舱11、辅助系统舱12，分别用于布置输配电系统、环境控制系统、压缩空气系统、辅助系统，四个舱室的布置形式可以是垂向布置、横向布置及纵向布置。
如图1和图4所示，主甲板23内腔前后两端设置有用于放置锚机17的锚机舱，锚机舱由内向外包括耐压区锚机舱14和透水区锚机舱15，耐压区锚机舱14下方设置有锚链舱16，耐压区锚机舱14用于放置锚机17的驱动单元19，透水区锚机舱15用于放置锚机17的链轮18、掣链器20、锚链管21和锚链22。锚机17的驱动单元19与链轮18分别布置于耐压舱2的耐压舱壁两侧，通过传动轴34连接，传动轴34通过密封轴承35穿过耐压舱2的耐压舱壁，以使锚机17的控制操作在耐压舱2内完成。
主甲板23的两端及两舷布置有系泊系统，包括带缆桩24、导缆孔25、系泊绞车26、羊角滚轮27，用于海上电力用户的靠泊及储能装置坞修时拖带、系泊时使用。
本发明还提出一种可潜式海上储能装置的输电方法，包括储能装置的下潜、上浮、电能的储存和输送步骤：
1)储能装置的下潜：当有台风预警需要储能装置下潜至水下时，向压载舱2中注入压载水使主船体1下沉，并缓慢收紧锚链22；在储能装置的储备浮力减小到预定值时，停止压载水注入；或者仅采用收紧锚链22的方式，使储能装置下潜，直至指定水下位置。
2)储能装置的上浮：当储能装置需要上浮至水面时，放松锚链22并通过压缩空气系统舱11中的高压空气系统吹除压载水使得储能装置缓慢上浮，直至储能装置到达水面预定吃水状态。
3)电能的储存；外部电能(电能可以来自移动式充电船包括移动式海洋核动力平台/船、太阳能发电系统、潮汐能发电系统、风能发电系统等)通过电缆接入耐压上层建筑3里的充电站30。对于海上发电系统输送的10KV的电能，接入输配电舱5中的配电板6，通过厂用变压器7变压至AC380V，接入UPS 9，通过蓄电池开关板8输送至储能舱13里的蓄电池组储存起来；对于海上发电系统输送的380V的电能，则直接接入UPS 9，再通过蓄电池开关板8输送至蓄电池组储存起来。
4)电能的输出：储能舱13内蓄电池组里的电能通过蓄电池开关板，设置于接入输配电舱5中的UPS9(UPS是可逆的)，通过主甲板23上的放电站32对外输出AC380V电能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可潜式海上储能装置，包括主船体(1)，所述主船体(1)的上部设置有主甲板(23)，其特征在于：所述主甲板(23)上设置有放电站(32)，所述主船体(1)的内腔中设置有耐压舱(2)和储能舱(13)，所述耐压舱(2)中部设置有输配电舱(5)、综合环境控制系统舱(10)、压缩空气系统舱(11)和辅助系统舱(12)，所述耐压舱(2)的外部设置有压载舱(33)，所述压载舱(33)与压缩空气系统舱(11)通过管路连通，所述耐压舱(2)中部上方设置有耐压上层建筑(3)，所述耐压上层建筑(3)内设置有生活区(28)、综合控制室(29)和充电站(30)，所述储能舱(13)用于存储蓄电池组，蓄电池组通过输配电舱(5)分别与充电站(30)和放电站(32)电连接，所述充电站(30)通过电缆与海上发电系统进行连接，所述放电站(32)通过电缆与海上电力用户进行连接。
2.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述主甲板(23)内腔前后两端设置有用于放置锚机(17)的锚机舱，锚机舱由内向外包括耐压区锚机舱(14)和透水区锚机舱(15)，所述耐压区锚机舱(14)下方设置有锚链舱(16)，所述耐压区锚机舱(14)用于放置锚机(17)的驱动单元(19)，所述透水区锚机舱(15)用于放置锚机(17)的链轮(18)、掣链器(20)、锚链管(21)和锚链(22)。
3.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述主甲板(23)的两端及两舷布置有系泊系统，包括带缆桩(24)、导缆孔(25)、系泊绞车(26)、羊角滚轮(27)，用于海上电力用户的靠泊及储能装置坞修时拖带、系泊时使用。
4.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述输配电舱(5)内设置有配电板(6)、厂用变压器(7)、蓄电池开关板(8)和UPS(9)。
5.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述耐压上层建筑(3)上方设置有烟囱(31)，烟囱(31)穿过耐压上层建筑(3)与耐压舱(2)连接，用于耐压舱(2)内的空气交换及废气排放；所述上层建筑(3)通过耐压梯道(4)与耐压舱(2)连通。
6.根据权利要求2所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述锚机(17)的驱动单元(19)与链轮(18)分别布置于耐压舱(2)的耐压舱壁两侧，通过传动轴(34)连接，所述传动轴(34)通过密封轴承(35)穿过耐压舱(2)的耐压舱壁，以使锚机(17)的控制操作在耐压舱(2)内完成。
7.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述耐压舱(2)为横向或垂向布置的若干个舱体。
8.根据权利要求1所述的可潜式海上储能装置，其特征在于：所述耐压舱(2)的中部前后分别设置储能舱(13)，储能舱(13)的舱室根据具体储能设备的要求进行垂向、横向和/或纵向的分割。
9.一种基于权利要求1～8中任一项所述可潜式海上储能装置的输电方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
储能装置的下潜：向压载舱(2)中注入压载水使主船体(1)下沉，并缓慢收紧锚链(22)；在储能装置的储备浮力减小到预定值时，停止压载水注入；或者仅采用收紧锚链(22)的方式，使储能装置下潜，直至指定水下位置；
储能装置的上浮：放松锚链(22)并通过压缩空气系统舱(11)中的高压空气系统吹除压载水使得储能装置缓慢上浮，直至储能装置到达水面预定吃水状态；
电能的储存：海上发电系统通过电缆接入耐压上层建筑(3)里的充电站(30)；
电能的输出：储能舱(13)内蓄电池组里的电能通过蓄电池开关板，设置于接入输配电舱(5)中的UPS(9)，通过主甲板(23)上的放电站(32)对外输出电能。
10.根据权利要求9所述的可潜式海上储能装置的输电方法，其特征在于：所述电能的储存步骤中，对于海上发电系统输送的10KV的电能，接入输配电舱(5)中的配电板(6)，通过厂用变压器(7)变压至AC380V，接入UPS(9)，通过蓄电池开关板(8)输送至储能舱(13)里的蓄电池组储存起来；对于海上发电系统输送的380V的电能，则直接接入UPS(9)，再通过蓄电池开关板(8)输送至蓄电池组储存起来。
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